DE69109433T2

DE69109433T2 - Wellenlängenfilter in Form eines optischen Wellenleiters.

Info

Publication number: DE69109433T2
Application number: DE69109433T
Authority: DE
Inventors: Hironao Hakogi
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-10-08
Filing date: 1991-10-08
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: EP0480370A1; DE69109433D1; EP0480370B1; CA2052922C; JPH04145414A; US5185842A; CA2052922A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein optisches Wellenlängenfilter und insbesondere ein Wellenlängenfilter in Form eines optischen Wellenleiters, umfassend die Merkmale der Oberbegriffs des Anspruchs 1, so wie sie aus der DE 33 11 808 A1 bekannt sind. Der darin offenbarte Spektrumanalysator basiert auf dem Prinzip einer Einstrahlung von Licht von Halbeiterlasern in einen Fabry-Perot-Resonator und unabhängig von den Spektrum des dort hineingekoppelten Lichts gibt ein Detektor ein Signal gemäß der Theorie von Fabry-Perot- Resonatoren aus, um das eingegebene Licht einer Spektrumanalyse zu unterwerfen. Die Länge des Fabry-Perot- Resonators ist auf eine bestimmte Länge eingestellt, um einen freien spektralen Analysebereich einer vorgegebenen Breite für den Resonator zu ermöglichen. Der Fabry-Perot-Resonator besteht aus einem kompakten Wellenleiter, dessen Enden senkrecht zu der Wellenleiterachse angeordnet sind. Die Länge dieses Wellenleiters mit seinen reflektierenden Enden bildet die Länge des Fabry-Perot-Resonators. Während ein derartiger Spektrumanalysator zur Analyse eines Lichtspektrums verwendet werden kann, ist er nicht für einen Filterprozeß des eingegebenen Lichts vorgesehen.

Beschreibung des Standes der Technik

Im Gebiet der optischen Übertragung werden bei der Verwendung einer Wellenlängen-Multiplexübertragung (WDM-Übertragung) manchmal Wellenlängenfilter verwendet, um zwei oder mehrere unterschiedliche Wellenlängen von über einen gemeinsamen Übertragungspfad gesendetem Licht in unterschiedliche optische Pfade zu trennen, oder um zwei oder mehrere unterschiedliche Wellenlängen von Licht in einen gemeinsamen optischen Übertragungspfad einzuführen. Das Wellenlängenfilter des beschriebenen Typs ist allgemein gebildet, indem auf einem Glassubstrat eine Vielzahl von Schichten aus dielektrischen Filmen mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufgestapelt werden. Es bestand eine Nachfrage für ein derartiges Wellenlängenfilter mit geringer Größer und mit stabilisierten Eigenschaften.
Herkömmliche optischen Wellenlängenfilter sind wie voranstehend beschrieben aufgebaut und weisen eine Vielzahl von Schichten aus dielektrischen Filmen, hauptsächlich SiO&sub2; TiO&sub2; etc. auf, die auf einem Glassubstrat alternierend aufgeschichtet sind. Von diesen optischen dielektrischen Vielschicht-Wellenlängenfiltern sind diejenigen mit einer offfenen Struktur, bei der die oberste Schicht der dielektrischen Vielfachschicht-Filme der Luft ausgesetzt ist, und diejenigen mit einem kurzen Aufbau, bei dem ein anderes Glassubstrat, welches eine nicht reflektierende Behandlung unterlaufen hat, mit einem optischen Klebemittel fest auf die oberste Schicht der dielektrischen Vielfachschicht-Filme angebracht wird, bekannt. Zur Erreichung einer vorgegebenen Filtercharakteristik wird bei optischen dielektrischen Vielfachschichtfilm-Wellenlängenfiltern das Filter in den optischen Pfad unter einem vorgegebenen Winkel dazu angeordnet.
Jedoch sind bei dem voranstehend beschriebenen herkömmlichen optischen dielektrischen Vielfachschichtfilm- Wellenlängenfiltern Probleme dahingehend vorhanden, daß die Filterteile, damit das Filter vorgegebene Filtereigenschaften aufweist, bei der Positionierung genau eingestellt werden müssen, bevor sie befestigt werden, und daß sie eine Tendenz aufweisen, mit dem Ablauf der Zeit ihre Positionen zu verschieben, was zu instabilen Filtereigenschaften führt. Ferner ist es schwierig, ein Filter mit kleiner Größe herzustellen, da es die Struktur von dielektrischen Vielfachschicht-Filmen aufweist, die durch Aufdampfung auf einem Glassubstrat aufgeschichtet sind. Abgesehen davon müssen bei dem optischen dielektrischen Vielfachschichtfilm- Wellenlängenfilter die Filmmaterialien und die Filmstruktur (einschließlich der Filmdicke) speziell ausgelegt werden, um eine gewünschte Filtercharakteristik zu erzielen, und deshalb besteht ein Problem dahingehend, daß nur ein auf eine bestimmte Wellenlänge eingestelltes Filter realisiert werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellenlängenfilter in der Form eines optischen Wellenleiters mit kleiner Größe, mit stabilisierten Eigenschaften und mit einer Möglichkeit einer Veränderung der Filtercharakteristik bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Wellenlängenfilter in der Form eines optischen Wellenleiters gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfaßt.
Durch Anordnen einer Vielzahl von Fabry-Perot- Resonatoreinrichtungen mit der gleichen Resonatorlänge in dem optischen Wellenlänge entlang der Länge, kann die Filtercharakteristik für eingegebenes Licht eines sehr schmalen Bandes verbessert werden. Ferner kann durch Anordnen einer Vielzahl von Fabry-Perot-Resonatoreinrichtungen mit unterschiedlichen Resonatorlängen in dem optischen Wellenleiter entlang der Länge ein Wellenlängenfilter in der Form eines optischen Wellenleiters realisiert werden, welches eine Filtercharakteristik aufweist, die nur eine gewünschte Wellenlänge transmittiert.
Ferner kann durch Bereitstellung einer Brechungsindex- Veränderungseinrichtung auf den Fabry-Perot- Resonatoreinrichtungen ein Wellenlängenfilter in der Form eines optischen Wellenleiters erhalten werden, dessen Filter Charakteristika variabel sind.
Aus einem Studium der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, sind die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Vorgehensweise zu ihrer Realisierung näher ersichtlich, und die Erfindung selbst läßt sich am besten daraus verstehen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm, welches das Prinzip der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Diagramm, welches die Transmissionseigenschaften eines in Figur 1 gezeigten Wellenlängenfilters vom optischen Wellenleitertyp zeigt; und
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Wellenlängenfilters in der Form eines optischen Wellenleiters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Ein Prinzipdiagramm der vorliegenden Erfindung ist in Figur 1 gezeigt. In dem Prinzipdiagramm ist eine Draufsicht auf den optischen Wellenleiter dargestellt. Auf einem Wellenleitersubstrat 2 ist der optische Wellenleiter 4 mit einer vorgegebenen Breite W gebildet, der einen höheren Brechungsindex als der des Substrats aufweist. Längs des optischen Wellenleiters 4 sind wenigstens zwei Spalten 5 mit einer geeigneten Breite d gebildet, so daß ein abgetrennter Abschnitt 6 gebildet wird. In der vorliegenden Erfindung ist die Länge L des abgetrennte Abschnitts 6 auf die Resonatorlänge der Wellenlänge des ausgebreiteten Lichts eingestellt. Somit ist der abgetrennte Abschnitt 6 angeordnet, um einen Fabry-Perot-Resonator zu bilden.
Die Resonatorlänge L ist mit L = mλ&sub0;/(2n) gegeben, wobei n den Brechungsindex des Resonatorabschnitts, λ&sub0; die Übertragungswellenlänge und m eine beliebige ganze Zahl bezeichnet.
Figur 2 zeigt eine Übertragungscharakteristik eines Wellenlängenfilters vom optischen Wellenleitertyp der vorliegenden Erfindung. Das Filter weist periodische Transmissionsspitzen bei Wellenlängen λ&sub1;, λ&sub2;, λ&sub3;, ... auf, die ganzzahlige Vielfache der Resonatorlänge L des Fabry- Perot-Resonatorabschnitts 6 sind. Indem ermöglicht wird, daß als das Eingangslicht ein schmalbandiges Licht auf das Filter einfällt, kann das Filter so eingestellt werden, daß es eine Transmissionsspitze innerhalb dieser Bandbreite aufweist, und somit kann mit einem Fabry-Perot-Resonatorabschnitt 6 eine gewünschte Filtercharakteristik realisiert werden. Realistischer ausgedrückt kann durch längsweisen Anordnen einer Vielzahl von Fabry-Perot-Resonatorabschnitten 6 mit unterschiedlichen Resonatorlängen L leicht ein Filter erhalten werden, welches beispielsweise λ&sub2; aus Figur 2 transmittiert und λ&sub1; und λ&sub3; abblockt.
Wenn zugelassen wird, daß sich der Brechungsindex des Fabry- Perot-Resonatorabschnitts durch eine Brechungsindex- Veränderungseinrichtung verändert, variiert die Resonatorlänge L des Fabry-Perot-Resonatorabschnitts optisch, und somit kann die Filtercharakteristik des Fabry-Perot- Resonatorabschnitts variabel gemacht werden.
Figur 3 zeigt eine perspektische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird beispielsweise Sodaglas für das Wellenleitersubstrat 12 verwendet. Auf dem Sodaglassubstrat 12 werden, beispielsweise durch Ionenaustausch, ein optischer Wellenleiter 14 und eine Vielzahl (in der vorliegenden Ausführungsform 5) von Fabry-Perot-Resonatorabschnitten 16 mit einem höheren Brechungsindex als der des Substrats gebildet. Zwischen benachbarten Fabry-Perot- Resonatorabschnitten 16, 16 und zwischen dem Fabry-Perot- Resonatorabschnitt 16 und dem optischen Wellenleiter 14 ist das Wellenleitersubstrat 12 selbst freigelegt. Während die Länge jedes Fabry-Perot-Resonatorabschnitts 16 auf die Resonatorlänge des ausgebreiteten Lichts eingestellt ist, ist jeder so gebildet, daß er eine unterschiedliche Resonatorlänge aufweist. Dadurch kann ein Wellenlängenfilter vom optischen Wellenleitertyp realisiert werden, welches die Filtercharakteristik aufweist, die nur eine gewünschte Lichtwellenlänge überträgt.
Wenn eine Vielzahl von Fabry-Perot-Resonatorabschnitten der gleichen Resonatorlänge längsweise angeordnet werden, kann die Filtercharakteristik für Licht eines sehr schmales Bandes verbessert werden.
Über den optischen Wellenleiter 14 und die Fabry-Perot- Resonatorabschnitte 16 wird eine Pufferschicht, beispielsweise aus SiO&sub2;, mit einem niedrigeren Brechungsindex gebildet. Auf zwei Fabry-Perot-Resonatorabschnitten 16 werden Dünnfilm-Erwärmer 18 angebracht. Der Dünnfilm-Erwärmer 18 ist mit einer Heizelektrode 20 über einen Bondierungsdraht 22 verbunden. Durch Verbindung der Elektrode 20 mit einer Energiequelle und durch Einstellung der Temperatur des Dünnfilm-Erwärmers 18 kann der Brechungsindex des Fabry- Perot-Resonatorabschnitts 16 mit dem darauf angebrachten Dünnfilm-Erwärmer 18 variiert werden, und somit kann die Filtercharakteristik dieses Abschnitts variabel gemacht werden. Dadurch kann die Fabrikationstoleranz des Fabry- Perot-Resonatorabschnitts weiter gefaßt sein und der Freiheitsgrad beim Design der Filtercharakteristik kann größer gemacht werden.
Obwohl in der voranstehend beschriebenen Ausführungsform der Wellenleiter 14 und die Fabry-Perot-Resonatorabschnitte 16 mittels Ionenaustausch auf dem Sodaglassubstrat 12 gebildet sind, kann eine SiO&sub2;-Schicht, die mit einer Substanz, beispielsweise Ti, dotiert ist, die den Brechungsindex erhöht, auf einem Sodaglassubstrat 12 gebildet werden, und darauf kann ein optischer Wellenleiter 14 und Fabry-Perot- Resonatorabschnitte 16 mittels eines anisotropen Ätzvorgangs gebildet werden.
Für das Material des Substrat kann Lithiumniobat (LiNbO&sub3;) anstelle von Sodaglas verwendet werden und ein optischer Wellenleiter 14 und Fabry-Perot-Resonatorabschnitte 16 können auf dem Substrat durch thermisches Diffundieren von Ti in das Substrat hineingebildet werden. Da in diesem Fall das Lithiumniobatsubstrat aus einem elektrooptischen Material gebildet ist, kann der Index des Fabry-Perot- Resonatorabschnitts 16 variiert werden, indem eine Elektrode auf dem Fabry-Perot-Resonatorabschnitt angeordnet und eine Spannung an die Elektrode angelegt wird.
Da das Wellenlängenfilter vom optischen Wellenleitertyp der vorliegenden Erfindung so aufgebaut ist, wie voranstehend eingehend beschrieben, wird ein sich positiv auswirkender Effekt erzielt, nämlich daß ein optisches Wellenlängenfilter mit geringer Größe und stabilisierten Eigenschaften vorgesehen werden kann. Ferner kann durch die Bereitstellung der Einrichtung zur Veränderung des Brechungsindex des Resonatorabschnitts die Fabrikationstoleranz des Filters weiter gefaßt werden, und ferner die Filtercharakteristik variabel gemacht werden. Da das Filter die Konfiguration aufweist, bei der im wesentliche eine Vielzahl von optischen Resonatoren entlang der Länge verbunden werden, kann der Freiheitsgrad beim Design der Filtercharakteristik größer gemacht werden.

Claims

1. Wellenlängenfilter in der Form eines optischen Wellenleiters, umfassend:

a) eine Fabry-Perot-Resonatoreinrichtung, die eine vorgegebene Länge aufweist und durch einen optischen Wellenleiter gebildet wird;

gekennzeichnet durch

b) ein Wellenleitersubstrat (2, 12);

c) einen Wellenleiter (4, 14), der einen höheren Brechungsindex als derjenige des Wellenleitersubstrats (2, 12) aufweist und auf dem Substrat gebildet ist; und

d) die Tatsache, daß die Fabry-Perot- Resonatoreinrichtung (6, 16) eine Länge (L) aufweist, die durch Bereitstellung von wenigstens zwei geeigneten Spalten (5) in dem optischen Wellenleiter (4) gebildet ist.

2. Wellenlängenfilter in der Form eines optischen Wellenleiters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Fabry-Perot-Resonatoreinrichtungen (16) mit der gleichen Resonatorlänge (L) in dem optischen Wellenleiter (14) entlang der Länge angeordnet sind.

3. Wellenlängenfilter in der Form eines optischen Wellenleiters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Fabry-Perot-Resonatoreinrichtungen (16) mit unterschiedlichen Resonatorlängen (L) in dem optischen Wellenleiter (14) entlang der Länge angeordnet sind.

4. Wellenlängenfilter in der Form eines optischen Wellenleiters nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Brechungsindex- Veränderungseinrichtung, die auf der Fabry-Perot- Resonatoreinrichtung (16) vorgesehen ist.

5. Wellenlängenfilter in der Form eines optischen Wellenleiters nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenleitersubstrat (12) aus einem thermooptischen Material gebildet ist und die Brechungsindex- Veränderungseinrichtung aus einer Erwärmungseinrichtung (18, 20, 22) gebildet ist.

6. Wellenlängenfilter in der Form eines optischen Wellenleiters nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenleitersubstrat aus einem elektrooptischen Material gebildet ist und die Brechungsindex- Veränderungseinrichtung aus einer Spannungsanlegungseinrichtung gebildet ist.